CN105790817B - 一种基于定向天线的tdma自组网波束选择方法 - Google Patents

一种基于定向天线的tdma自组网波束选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法。本发明首先进行全网的时间同步，然后，将邻居发现与波束选择阶段划分为N(N为定向天线波束个数)个时隙，在每个时隙上实现与该波束下的节点进行3次握手，在波束扫描中，每次扫描记录每个节点的第一握手帧的最大接收功率，如果接收功率小于该节点记录的本次扫描最大接收功率，则不回复握手请求，否则回复握手帧2，从而实现3次握手完成波束选择。

Description

一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法
技术领域
本发明涉及通信领域中的一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法。
背景技术
传统的自组织网络多数研究都是采用全向天线，采用全向天线会带来如下问题：1、采用全向天线会增加节点间干扰；2、无法进行频率复用。在采用定向天线的自组织网组通信设备实际使用中，会出现多个定向天线波束发现同一个邻居节点的情况，原因有如下两点：
1、为了保证采用多个定向天线来实现360°的覆盖，定向天线波束宽度与定向天线数量之积需要大于360°，当邻居节点位于两个定向天线波束相交和重合的位置时，会出现多个定向天线波束发现同一个邻居节点的情况；
2、由于反射和多径的存在，会出现多个定向天线波束发现同一个邻居节点的情况。
传统方案在上述情况下会以波束扫描中最后一次发现的定向天线波束与该邻居节点通信，但是该波束不一定是信道质量最好的波束。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法，在波束扫描中，每次扫描记录每个节点的最大接收功率，如果接收功率小于该节点记录的本次扫描最大接收功率，则不回复握手请求。
本发明的目的是这样实现的：一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法，包括以下步骤：
步骤1：将自组网内的所有节点进行时间同步；其中，自组网内设有M个节点，每个节点设有组成360°覆盖的N个定向天线，一个定向天线对应一个波束，M为大于1的自然数，N为大于零的自然数；所述的节点在一个TDMA周期内以概率P作为主动扫描节点，以概率(1-P)作为被动收听节点，0<P<1；
步骤2：将一个TDMA周期的控制部分划分为N个时隙，每个时隙包含三个子时隙；
步骤3：对每个节点的N个定向天线依次编号；
步骤4：根据正北方向与电子罗盘的参考基线方向的顺时针夹角计算主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，并通过此定向天线发送第一握手帧；所述的第一握手帧中包括自身节点号；
步骤5：根据发送第一握手帧的定向天线编号计算被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号，并通过此定向天线侦听第一握手帧，如果被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听到了第一握手帧，则计算第一握手帧的接收功率并解析第一握手帧中的节点号，执行步骤6；如果被动收听节点在当前时隙的第一子时隙未侦听到第一握手帧，则转入步骤9；
步骤6：将接收功率和当前TDMA周期内该节点的累计接收功率最大值进行比较，如果接收功率大于等于该节点的累计接收功率最大值，则更新该节点的累计接收功率最大值，并在当前时隙的第二子时隙回复第二握手帧，执行步骤7；如果接收功率小于该节点的累计接收功率最大值，则转入步骤9；其中，该节点为当前时隙接收到的第一握手帧中的节点号所对应的节点，第二握手帧中包含自身节点号，累计接收功率最大值的初始值设置为零；
步骤7：如果主动扫描节点在当前时隙的第二子时隙收到第二握手帧，则在当前时隙的第三子时隙回复第三握手帧，执行步骤8；如果主动扫描节点在当前时隙的第二子时隙未收到第二握手帧，则转入步骤9；
步骤8：被动收听节点在当前时隙的第三子时隙接收并读取第三握手帧；
步骤9：判断当前时隙的时隙号是否为N，如果是，则累计接收功率最大值所对应的波束即为所选波束，结束本流程；如果不是，则等待进入下一时隙，转入步骤4。
其中，步骤3中所述的将N个定向天线依次编号，具体为：将与电子罗盘参考基线方向对齐的定向天线定为起始定向天线，按照逆时针方向对N个定向天线依次编号。
其中，所述的步骤4中根据顺时针夹角计算主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，具体为：
其中
其中，S为主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，θ为正北方向与电子罗盘参考基线方向的顺时针夹角，N代表定向天线个数，i代表定向天线编号。
其中，所述的步骤5中计算被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号，具体为：
其中，K为被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号，A mod B代表A除以B的余数，S代表主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，N代表定向天线个数。
本发明相比背景技术具有如下优点：
本发明解决了传统方案在多个定向天线波束发现同一个邻居节点的情况时，无法以最优的定向天线波束进行通信的问题。
附图说明
图1是天线波束数量N＝16时，主动扫描节点与被动收听节点，扫描与侦听的示意图；
图2是本发明一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法的示例流程图。
具体实施方式：
以定向天线波束数量N＝16，概率P＝1/4的概率的系统为例，本发明的具体实施例为：
步骤1：将自组网内的所有节点进行时间同步；其中，每个节点设有组成360°覆盖的16个定向天线，一个定向天线对应一个波束；所述的节点在一个TDMA周期内以概率1/4作为主动扫描节点，以概率3/4作为被动收听节点；
步骤2：将一个TDMA周期的控制部分划分为16个时隙，每个时隙包含三个子时隙；其中，一个TDMA周期由控制部分和数据部分组成，控制部分用来进行邻居发现与波束选择，数据部分用作数据传输；
步骤3：对16个定向天线进行编号，与电子罗盘参考基线方向对齐的波束定为1波束，按照逆时针方向对16个定向天线依次编号；
步骤4：根据正北方向与电子罗盘的参考基线方向的顺时针夹角计算主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，并通过此定向天线发送第一握手帧；所述的第一握手帧中包括自身节点号；
计算主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号为：
其中2≤i≤16
其中，S为主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，θ为电子罗盘参考基线方向与正北方向的顺时针夹角，i代表定向天线编号。
步骤5：根据发送第一握手帧的定向天线编号计算被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号，并通过此定向天线侦听第一握手帧，如果被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听到了第一握手帧，则计算第一握手帧的接收功率并解析第一握手帧中的节点号，执行步骤6；如果被动收听节点在当前时隙的第一子时隙未侦听到第一握手帧，则转入步骤9；
被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号为：
K＝(S+8)mod 16；
其中，K为被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号，A mod B代表A除以B的余数，S代表主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号。
步骤6：将接收功率和当前TDMA周期内该节点的累计接收功率最大值进行比较，如果接收功率大于等于该节点的累计接收功率最大值，则更新该节点的累计接收功率最大值，并在当前时隙的第二子时隙回复第二握手帧，执行步骤7；如果接收功率小于该节点的累计接收功率最大值，则转入步骤9；其中，该节点为当前时隙接收到的第一握手帧中的节点号所对应的节点，第二握手帧中包含自身节点号，累计接收功率最大值的初始值设置为零；
步骤7：如果主动扫描节点在当前时隙的第二子时隙收到第二握手帧，则在当前时隙的第三子时隙回复第三握手帧，执行步骤8；如果主动扫描节点在当前时隙的第二子时隙未收到第二握手帧，则转入步骤9；
步骤8：被动收听节点在当前时隙的第三子时隙接收并读取第三握手帧；
步骤9：判断当前时隙的时隙号是否为16，如果是，则累计接收功率最大值所对应的波束即为所选波束，结束本流程；如果不是，则等待进入下一时隙，转入步骤4。

Claims (4)

1.一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将自组网内的所有节点进行时间同步；其中，自组网内设有M个节点，每个节点设有组成360°覆盖的N个定向天线，一个定向天线对应一个波束，M为大于1的自然数，N为大于零的自然数；所述的节点在一个TDMA周期内以概率P作为主动扫描节点，以概率(1-P)作为被动收听节点，0<P<1；
步骤2：将一个TDMA周期的控制部分划分为N个时隙，每个时隙包含三个子时隙；
步骤3：对每个节点的N个定向天线依次编号；
步骤4：根据正北方向与电子罗盘的参考基线方向的顺时针夹角计算主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，并通过此定向天线发送第一握手帧；所述的第一握手帧中包括自身节点号；
步骤5：根据发送第一握手帧的定向天线编号计算被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号，并通过此定向天线侦听第一握手帧，如果被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听到了第一握手帧，则计算第一握手帧的接收功率并解析第一握手帧中的节点号，将解析出的该节点记为节点A，执行步骤6；如果被动收听节点在当前时隙的第一子时隙未侦听到第一握手帧，则转入步骤9；
步骤6：将接收功率和当前TDMA周期内节点A的累计接收功率最大值进行比较，如果接收功率大于等于节点A的累计接收功率最大值，则更新节点A的累计接收功率最大值，并在当前时隙的第二子时隙回复第二握手帧，执行步骤7；如果接收功率小于节点A的累计接收功率最大值，则转入步骤9；其中，节点A为当前时隙接收到的第一握手帧中的节点号所对应的节点，第二握手帧中包含自身节点号，累计接收功率最大值的初始值设置为零；
步骤7：如果主动扫描节点在当前时隙的第二子时隙收到第二握手帧，则在当前时隙的第三子时隙回复第三握手帧，执行步骤8；如果主动扫描节点在当前时隙的第二子时隙未收到第二握手帧，则转入步骤9；
步骤8：被动收听节点在当前时隙的第三子时隙接收并读取第三握手帧，执行步骤9；
步骤9：判断当前时隙的时隙号是否为N，如果是，则累计接收功率最大值所对应的波束即为所选波束，结束本流程；如果不是，则等待进入下一时隙，转入步骤4。
2.根据权利要求1所述的一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法，其特征在于：步骤3中所述的将N个定向天线依次编号，具体为：将与电子罗盘参考基线方向对齐的定向天线定为起始定向天线，按照逆时针方向对N个定向天线依次编号。
3.根据权利要求1所述的一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法，其特征在于：所述的步骤4中根据顺时针夹角计算主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，具体为：
其中
其中，S为主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，θ为正北方向与电子罗盘参考基线方向的顺时针夹角，N代表定向天线个数，i代表定向天线编号。
4.根据权利要求1所述的一种基于定向天线的TDMA自组网波束选择方法，其特征在于：所述的步骤5中计算被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号，具体为：
其中，K为被动收听节点在当前时隙的第一子时隙侦听第一握手帧的定向天线编号，Amod B代表A除以B的余数，S代表主动扫描节点在当前时隙的第一子时隙发送第一握手帧的定向天线编号，N代表定向天线个数。
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